管式加热炉 第二节 辐射换热计算ppt课件

1、第第2 2节辐射换热计算节辐射换热计算2.1 2.1 角系数角系数2.2 2.2 黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热2.3 2.3 有效辐射、灰体间的辐射换热有效辐射、灰体间的辐射换热2.4 2.4 气体与外壳间的辐射换热气体与外壳间的辐射换热2.5 2.5 设备热损失的计算设备热损失的计算2.1 2.1 角系数角系数2.1.1 2.1.1 角系数的定义角系数的定义2.1.2 2.1.2 角系数的性质角系数的性质2.1.3 2.1.3 几种简单情况下的角系数几种简单情况下的角系数2.1.1 2.1.1 角系数的定义角系数的定义定义：黑外表定义：黑外表A1A1在空间一切的方向上发在空间一切的方向上

2、发 射的总能量，直接到达另一黑表射的总能量，直接到达另一黑表 面面A2A2的分率，叫做外表的分率，叫做外表1 1对外表对外表2 2 的角系数，用符号的角系数，用符号1212表示表示 2212211112coscos1AAdAdArA2.1.1 2.1.1 角系数的定义角系数的定义讨论：讨论：1212是能量分率，无单位；是能量分率，无单位； 1212表示外表表示外表1 1对外表对外表2 2的角系数，的角系数，1 1表表 面是辐射面，面是辐射面，2 2外表是接受面；外表是接受面；角系数为几何性质，与外表的大小，相角系数为几何性质，与外表的大小，相 对位置及外形有关，与外表的对位置及外形有关，与外表

3、的T T及及无关无关 2.1.2 2.1.2 角系数的性质角系数的性质 归一性：归一性： 假设由假设由n n个外表组成一个封锁体系，那么其个外表组成一个封锁体系，那么其中任不测表中任不测表i i对其它外表的角系数之和为对其它外表的角系数之和为1 1 即：即：1.21inii1ij或：或：2.1.2 2.1.2 角系数的性质角系数的性质 互换性：互换性： 对恣意两外表对恣意两外表i i，j j面积分别为面积分别为AiAi，AjAj, ,均有：均有： jijijiAA证明：证明：外表外表1 1的总辐射才干为：的总辐射才干为： A1E01 A1E01 外表外表1 1发射的被外表发射的被外表2 2吸收

4、的能量为：吸收的能量为： 1201121EAQ同理：外表同理：外表2 2发射的被外表发射的被外表1 1吸收的能量为：吸收的能量为： 2102212EAQ故两外表间交换的热量为：故两外表间交换的热量为： 210221201112EAEAQ显然，假设两黑外表温度相等热平衡，显然，假设两黑外表温度相等热平衡，T1=T2T1=T2，那么，那么 E01=E02 E01=E02，Q12=0Q12=0，有：，有： 212121AA2.1.2 2.1.2 角系数的性质角系数的性质 完好性可加性：完好性可加性： 假设外表假设外表K=K1+K2+K3K=K1+K2+K3，那，那么：么： 3211111KKKK但：

5、但： 1111321KKKK2.1.3 2.1.3 几种简单情况下的角系数几种简单情况下的角系数两无限接近平面：两无限接近平面： 0221112112一物包一物：一物包一物： 0111122121221112AAAA2.1.3 2.1.3 几种简单情况下的角系数几种简单情况下的角系数构成密闭系统的三凸面：构成密闭系统的三凸面： 1321122/ )(AAAA2132232/ )(AAAA3231312/ )(AAAA2.1.3 2.1.3 几种简单情况下的角系数几种简单情况下的角系数两无限延伸外表拉线法：两无限延伸外表拉线法： 2CDCG-DG-FDFCG2CDFDF-CD2CDCG-DGCD

6、2, 1CD,CFDGCD,CF2.2 2.2 黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热4241422120411210210221201112)100()100(67. 5TTATATAEAEAQef 式中： 212121AAAef有效辐射面积，又称当量冷平面面积有效辐射面积，又称当量冷平面面积或辐射交换面积或辐射交换面积2.3 2.3 有效辐射、灰体间的辐射换热有效辐射、灰体间的辐射换热2.3.1 2.3.1 根本概念根本概念2.3.2 Eefi2.3.2 Eefi的计算的计算 2.3.3 2.3.3 几种简单情况下灰外表间辐射换几种简单情况下灰外表间辐射换 热量的计算热量的计算2.3.1 2.3

7、.1 根本概念根本概念本身辐射：本身辐射： iiiEE0投入辐射：投入辐射： Eti Eti 反射辐射：反射辐射： iEti iEti 有效辐射：有效辐射： Eef Eef tiiiitiiiefiEEEEE0净辐射：净辐射：)(/ )()(0000rfiiiiiiiefiefitiiititiiiitiefiiEEEEEEEEEEEEq2.3.2 Eefi2.3.2 Eefi的计算的计算对包含对包含n n个外表的封锁系统，对恣意个外表的封锁系统，对恣意i i外表：外表： tiiiiefiEEE0外表外表i i的投入辐射总计为：的投入辐射总计为：niefnniefieftiiEAEAEAEA.

8、222111i i外表的有效辐射为：外表的有效辐射为：njijefjiiiefiEEE10注：对于黑体，由于不存在反射的问题，注：对于黑体，由于不存在反射的问题，Eefi=E0i Eefi=E0i 2.3.3 2.3.3 几种简单情况下灰外表间辐射几种简单情况下灰外表间辐射 换热量的计算换热量的计算两个无限接近平面：两个无限接近平面： )(1011112efEEq210112111efefefEEEEE120221222efefefEEEEE由于由于12=21=112=21=1，灰体：，灰体：1=1=1-11=1=1-1，2=2=1-22=2=1-2联立求解：联立求解： ) 111/()(21

9、020112EEq2.3.3 2.3.3 几种简单情况下灰外表间辐射几种简单情况下灰外表间辐射 换热量的计算换热量的计算一物包一物：一物包一物：111212.AqAqQ)(101111rfEEq)(12211210111efefefEEEE)(22221120222efefefEEEE而：而：11=011=0，12=112=1，联立求解：，联立求解： ) 11(1)(22110201112AAEEAQ2.4 2.4 气体与外壳间的辐射换热气体与外壳间的辐射换热2.4.1 2.4.1 包壳为黑体包壳为黑体 2.4.2 2.4.2 包壳为一灰体包壳为一灰体2.4.1 2.4.1 包壳为黑体包壳为黑

10、体 包壳温度为包壳温度为TtTt时，那么气体对包壳的辐射速率应等于气体时，那么气体对包壳的辐射速率应等于气体的本身辐射的本身辐射gE0ggE0g减去气体吸收的投入辐射减去气体吸收的投入辐射gE0ggE0g，即：，即： 4400)100()100(67. 5tgggtggggtTTEEq其中：其中：gg，gg分别为气体的黑度和吸收率，分别为气体的黑度和吸收率， 当当TgTgTtTt时，时，gggg2.4.2 2.4.2 包壳为一灰体包壳为一灰体 包壳的黑度为包壳的黑度为tt，温度为，温度为TtTt时，其换热结果应比气体时，其换热结果应比气体与黑体包壳间的换热量小；可乘以一个修正系数与黑体包壳间的

11、换热量小；可乘以一个修正系数1+t1+t/2 /2 ： 44)100()100(2167. 5tgggtgtTTq假设：假设：)(tggtgtTThq得到与对流传热系数相当的辐射系数：得到与对流传热系数相当的辐射系数： tgtgggtgtTTTTh44)100()100(2167. 5W/(m2K) W/(m2K) 2.5 2.5 设备热损失的计算设备热损失的计算由对流散失的热量：由对流散失的热量： )(TTAQWWCC由辐射散失的热量：由辐射散失的热量： )(44TTQWoWR或：或：)(TTAQWWRRTTTTWWoWR)(44其中：其中：2.5 2.5 设备热损失的计算设备热损失的计算总热损失：总热损失：)()()(TTATTAQQQWWTWWRRCR空气作自然对流：空气作